楚雄市10kV東環(huán)路I回線防越級(jí)跳閘系統(tǒng)研究

云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司楚雄供電局 劉福緊 朱曉霰 施輝選

針對(duì)楚雄市10kV東環(huán)路I回線頻繁出現(xiàn)越級(jí)跳閘現(xiàn)象的問題，通過分析保護(hù)越級(jí)跳閘產(chǎn)生原因，設(shè)計(jì)了智能零時(shí)限防越級(jí)跳閘系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了配電網(wǎng)全網(wǎng)無(wú)死區(qū)選擇性快速動(dòng)作，解決了供電系統(tǒng)運(yùn)行過程中的越級(jí)跳閘問題，為供電系統(tǒng)的可靠性和安全性提供有力保障。

楚雄市10kV東環(huán)路I回線為架空線和電纜混合敷設(shè)，架空線長(zhǎng)度1.671km，電纜長(zhǎng)度9.017km，包含9個(gè)環(huán)網(wǎng)柜，其中1號(hào)至6號(hào)環(huán)網(wǎng)柜的進(jìn)線間隔帶有斷路器，出線間隔為負(fù)荷開關(guān)，7號(hào)至9號(hào)環(huán)網(wǎng)柜所有間隔均無(wú)斷路器。10kV東環(huán)路I回線主供電源取自110kV龍?zhí)蹲冸娬?0kV開關(guān)柜IV段母線033間隔，備用電源取自9號(hào)環(huán)網(wǎng)柜的上一級(jí)變電站。

由于環(huán)網(wǎng)柜之間距離比較短，在發(fā)生短路故障時(shí)上下級(jí)環(huán)網(wǎng)柜的短路電流很接近，10kV東環(huán)路I回線現(xiàn)采用的電流保護(hù)策略，難以保證電網(wǎng)全線路保護(hù)動(dòng)作同時(shí)滿足快速性與選擇性的要求，因此在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)常發(fā)生越級(jí)跳閘現(xiàn)象，擴(kuò)大停電范圍，存在造成重大經(jīng)濟(jì)損失的危險(xiǎn)。或電壓保護(hù)技術(shù)，如圖1所示。這種階段式電流保護(hù)對(duì)于供電線路一般設(shè)置三段保護(hù)：第一段為無(wú)時(shí)限電流速斷保護(hù)，為實(shí)現(xiàn)保護(hù)配合，其定值按躲過下級(jí)母線的最大短路電流整定，如DL-2保護(hù)應(yīng)躲過C母線的最大三相短路電流，因此，它只能保護(hù)線路的一部分，假如定值偏小，則保護(hù)范圍可能延伸至下級(jí)母線，系統(tǒng)故障時(shí)則可能造成“越級(jí)跳閘”；第二段為時(shí)限速斷保護(hù)，應(yīng)該保護(hù)線路的全長(zhǎng)，因此，其定值按下級(jí)母線的最小短路電流整定，實(shí)現(xiàn)上下級(jí)保護(hù)配合；第三段為過電流保護(hù)，根據(jù)動(dòng)作時(shí)限來(lái)實(shí)現(xiàn)。

配電網(wǎng)具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜，連接方式多，傳輸距離短，自動(dòng)化水平較低的特點(diǎn)。由于保護(hù)配置的互感器精度差，不同級(jí)別的短路電流很接近，保護(hù)之間時(shí)限級(jí)差較小，再加上保護(hù)動(dòng)作定值配合不當(dāng)?shù)仍颍斐杀Ｗo(hù)范圍重疊，且無(wú)足夠的時(shí)限配合，發(fā)生故障時(shí)必然造成保護(hù)“越級(jí)跳閘”。

1 保護(hù)越級(jí)跳閘產(chǎn)生原因

在配電網(wǎng)供電系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的繼電保護(hù)采用階段式電流保護(hù)

2 智能零時(shí)限防越級(jí)跳閘系統(tǒng)

圖1 電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)限配合

圖2 智能零時(shí)限防越級(jí)跳閘系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖3 東環(huán)路I回線供電系統(tǒng)圖

采用單裝置檢測(cè)短路故障參數(shù)的配合方法，在當(dāng)今復(fù)雜的供電網(wǎng)絡(luò)中，實(shí)現(xiàn)可靠的保護(hù)選擇性配合，十分困難。通信技術(shù)的發(fā)展，使繼電保護(hù)裝置不再是孤立計(jì)算、獨(dú)立運(yùn)行的保護(hù)裝置，通過保護(hù)裝置間的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，將故障發(fā)生時(shí)動(dòng)作信息傳送出去，根據(jù)整個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)智能零時(shí)限防越級(jí)跳閘功能。

智能零時(shí)限防越級(jí)跳閘系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示，當(dāng)線路中發(fā)生故障時(shí)，故障點(diǎn)處所有上級(jí)保護(hù)同時(shí)檢測(cè)到故障信號(hào)，每一級(jí)保護(hù)向其上一級(jí)保護(hù)發(fā)送邏輯閉鎖信號(hào)，上級(jí)保護(hù)即使檢測(cè)到故障，但由于收到邏輯閉鎖信號(hào)，則閉鎖保護(hù)出口，由第一個(gè)檢測(cè)到故障發(fā)生的下級(jí)保護(hù)切除故障，當(dāng)下級(jí)保護(hù)正確動(dòng)作出口后，立即發(fā)送邏輯解鎖信號(hào)，上級(jí)保護(hù)收到下級(jí)保護(hù)發(fā)送的邏輯解鎖信號(hào)后，延時(shí)解除邏輯閉鎖。如果出現(xiàn)下級(jí)開關(guān)跳閘失敗的情況，下級(jí)保護(hù)延時(shí)發(fā)送邏輯解鎖信號(hào)，由第一個(gè)收到邏輯解鎖信號(hào)的上級(jí)保護(hù)動(dòng)作出口，保證了保護(hù)動(dòng)作的可靠性和選擇性，解決了越級(jí)跳閘問題。

光纖通信具有頻帶寬、容量大、距離長(zhǎng)、抗電磁干擾等特點(diǎn)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)，因此采用了光纖通信實(shí)現(xiàn)防越級(jí)跳閘邏輯閉鎖信息的傳遞。為了保證防越級(jí)跳閘系統(tǒng)的可靠性和快速性，利用可編程邏輯陣列芯片設(shè)計(jì)硬件通信模塊，使得光纖信道具備通信信道監(jiān)視功能，各級(jí)設(shè)備信息傳輸處理間隙不超過25μs。此外，該模塊能夠自動(dòng)識(shí)別網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使得每級(jí)保護(hù)裝置與相鄰保護(hù)裝置能夠?qū)崿F(xiàn)自適應(yīng)匹配，讓保護(hù)系統(tǒng)在線路拓?fù)浞矫婢哂袕?qiáng)大的延展性與可塑性。保護(hù)策略并不完全依附于光纖通信，當(dāng)通信網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時(shí)，裝置的其他保護(hù)策略仍可實(shí)現(xiàn)就地保護(hù)功能。

3 東環(huán)路I回線防越級(jí)跳閘方案

東環(huán)路I回線是輻射型供電系統(tǒng)，如圖3所示，東環(huán)路I回線供電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)清晰，所有環(huán)網(wǎng)柜采用手挽手連接方式，環(huán)網(wǎng)柜之間通過光纖實(shí)現(xiàn)防越級(jí)跳閘保護(hù)裝置的通訊，通信光纖通過環(huán)網(wǎng)柜之間的保護(hù)裝置直接點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接，下一級(jí)保護(hù)的通信端口A和上一級(jí)保護(hù)的通信端口B連接。

以圖3中所示故障為例，在4號(hào)環(huán)網(wǎng)柜和5號(hào)環(huán)網(wǎng)柜之間發(fā)生故障時(shí)，1號(hào)環(huán)網(wǎng)柜、2號(hào)環(huán)網(wǎng)柜、3號(hào)環(huán)網(wǎng)柜和4號(hào)環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)保護(hù)裝置同時(shí)啟動(dòng)，每個(gè)檢測(cè)到故障的環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)保護(hù)向上級(jí)環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)保護(hù)傳遞邏輯閉鎖信息，故障由第一個(gè)發(fā)出邏輯閉鎖信息的保護(hù)定位，4號(hào)環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)保護(hù)裝置零時(shí)限快速動(dòng)作，而1號(hào)環(huán)網(wǎng)柜、2號(hào)環(huán)網(wǎng)柜和3號(hào)環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)保護(hù)裝置由于收到4號(hào)環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)保護(hù)裝置的邏輯閉鎖信號(hào)，各自維持啟動(dòng)狀態(tài)但不出口，當(dāng)4號(hào)環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)保護(hù)裝置切除故障后，1號(hào)環(huán)網(wǎng)柜、2號(hào)環(huán)網(wǎng)柜和3號(hào)環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)保護(hù)裝置啟動(dòng)返回，整個(gè)故障切除過程1號(hào)環(huán)網(wǎng)柜、2號(hào)環(huán)網(wǎng)柜和3號(hào)環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)保護(hù)裝置可靠不動(dòng)作；

若圖3中所示故障發(fā)生時(shí)，4號(hào)環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)保護(hù)裝置正常動(dòng)作但開關(guān)因故未能跳開，因故障未消失，3號(hào)環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)保護(hù)裝置在經(jīng)過固定延時(shí)后確認(rèn)為下級(jí)開關(guān)拒動(dòng)，則4號(hào)環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)保護(hù)裝置置動(dòng)作狀態(tài)標(biāo)志為有效并瞬時(shí)出口，1號(hào)環(huán)網(wǎng)柜和2號(hào)環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)保護(hù)裝置收到3號(hào)環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)保護(hù)裝置的邏輯閉鎖信號(hào)，由邏輯閉鎖信號(hào)閉鎖出口。如果3號(hào)環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)開關(guān)也出現(xiàn)故障未能跳開，則系統(tǒng)檢測(cè)到已經(jīng)有兩級(jí)開關(guān)拒動(dòng)，此時(shí)1號(hào)環(huán)網(wǎng)柜和2號(hào)環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)保護(hù)裝置同時(shí)出口，加速切除故障，最大限度保證系統(tǒng)安全。

小結(jié)：智能零時(shí)限防越級(jí)跳閘系統(tǒng)是傳統(tǒng)電流保護(hù)與光纖信息相結(jié)合，在電流、時(shí)間、網(wǎng)絡(luò)互操作等要素綜合分析的基礎(chǔ)上建立的，利用光纖網(wǎng)絡(luò)的信息交互，區(qū)域內(nèi)保護(hù)裝置的上下協(xié)作，使得保護(hù)系統(tǒng)能夠快速的定位并切除故障點(diǎn)，減小停電范圍，解決了繼電保護(hù)快速性和選擇性的矛盾，對(duì)提高配電網(wǎng)供電系統(tǒng)的安全性和可靠性具有積極意義。